import java.util.Stack;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: qian
 * Date: 2022-07-13
 * Time: 16:39
 */
//从小到大排序
public class Sort {
    /**
     * 直接插入排序 【对数据敏感】
     * 最坏情况：O(N^2) 逆序
     * 最好情况：O(N) 有序
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     * 使用场景：时间量小且取余稳定时使用插入排序
     * @param arr
     */
    public void insertSort(int[] arr){
        for(int i=1;i<arr.length;i++){
            int temp=arr[i];
            int j=i-1;
            for(;j>=0;j--){
                if(arr[j]>temp){
                    arr[j+1]=arr[j];
                }else{
                    break;
                }
            }
            arr[j+1]=temp;
        }
    }

    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度：O(n^1.3) ~ O(n^1.5)，希尔排序的时间复杂度与所取的增量有关
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * 使用场景：对大量数据进行排序
     * @param arr
     */
    public void shellSort(int[] arr){
        int gap=arr.length;
        while (gap>1){
            shell(arr,gap);
            gap/=2;
        }
        shell(arr,1);

    }
    public void shell(int[] arr,int gap){
        for(int i=gap;i<arr.length;i++){
            int temp=arr[i];
            int j=i-gap;
            for(;j>=0;j-=gap){
                if(arr[j]>temp){
                    arr[j+gap]=arr[j];
                }else{
                    break;
                }
            }
            arr[j+gap]=temp;
        }
    }

    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public void selectSort(int[] array){
        for(int i=0;i<array.length-1;i++){
            for(int j=i+1;j<array.length;j++){
                if(array[i]>array[j]){
                   swap(array,i,j);
                }
            }
        }
    }
    public void swap(int[] array,int i,int j){
        int tmp=array[i];
        array[i]=array[j];
        array[j]=tmp;
    }

    /**
     * 堆排序
     * 升序建大堆，降序建小堆
     * 时间复杂度：O(N*logN)，不管是否有序
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public void heapSort(int[] array){
        createHeap(array);
        int end=array.length-1;
        while(end>=0){
            swap(array,0,end);
            shiftDown(array,0,end);
            end--;
        }

    }
    public void createHeap(int [] array){
        for(int p=(array.length-1-1)/2;p>=0;p--){
            shiftDown(array,p,array.length);
        }
    }
    public void shiftDown(int[] array,int parent,int len){
        int child=2*parent+1;
        while(child<len){
            if(child+1<len && array[child]<array[child+1]){
                child++;
            }
            if(array[parent]<array[child]){
                swap(array,parent,child);
                parent=child;
                child=2*parent+1;
            }else{
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public void bubbleSort(int[] array){
        for(int i=0;i<array.length-1;i++){
            boolean flg=false;
            for(int j=0;j<array.length-1-i;j++){
                if(array[j]>array[j+1]){
                    swap(array,j,j+1);
                    flg=true;
                }
            }
            if(flg==false){
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度：
     *    最好情况：O(nlogn)
     *    最坏情况：单分支（有序情况） 时间复杂度：O(N^2) - 如果有序的话一定要优化
     * 空间复杂度：O(1)
     *    最好情况：O(logn)
     *    最坏情况：O(n)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public void quickSort(int[] array){
        quick(array,0,array.length-1);
    }
    public void quick(int[] array,int left,int right){
        if(left>=right){
            return;
        }
        //优化
        //如果数组有序，则采用直接插入排序【优化区间内的比较】

        //三数取中法【优化本身的分割，从而减少递归的深度】
        int index=midOfThreeIndex(array,left,right);
        swap(array,left,index);

        int pivot=partition(array,left,right);
        quick(array,left,pivot-1);
        quick(array,pivot+1,right);
    }
    public int partition(int[] array,int left,int right){
        int i=left;
        int j=right;
        int pivot=array[left];
        while(i<j){
            //加=防止死循环
            while(i<j && array[j]>=pivot){
                j--;
            }
            while (i<j && array[i]<pivot){
                i++;
            }
            swap(array,i,j);
        }
        swap(array,left,i);
        return i;
    }
    public int midOfThreeIndex(int[] array,int left,int right){
        int mid=left+(right-left)>>>1;
        if(array[left]<array[right]){
            if(array[mid]>array[right]){
                return right;
            }else if(array[mid]<array[left]){
                return left;
            }else{
                return mid;
            }
        }else{
            if(array[mid]>array[left]){
                return left;
            }else if(array[mid]<array[right]){
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }

    /**
     * 非递归实现快速排序
     * @param array
     */
    public void quickSortNor(int[] array){
        Stack<Integer> stack=new Stack<>();
        int left=0;
        int right=array.length-1;
        int pivot=partition(array,left,right);
        //判断是否已经有序
        if(left+1<pivot){
            stack.push(left);
            stack.push(pivot-1);
        }
        if(pivot<right-1){
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(right);
        }
        while(!stack.isEmpty()){
            right=stack.pop();
            left=stack.pop();
            pivot=partition(array,left,right);
            if(left+1<pivot){
                stack.push(left);
                stack.push(pivot-1);
            }
            if(pivot<right-1){
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }

    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：O(nlogn) - 无论数组是否有序
     * 空间复杂度：O(n)
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public void mergeSort(int[] array){
        mergeSortInternal(array,0,array.length-1);
    }
    private void mergeSortInternal(int[] array,int low,int high){
        if(low>=high){
            return;
        }
        //int mid=low+((high-low)>>>1);
        int mid=(low+high)/2;
        //归
        mergeSortInternal(array,low,mid);
        mergeSortInternal(array,mid+1,high);
        //并
        merge(array,low,mid,high);
    }
    private void merge(int[] array,int low,int mid,int high){
        int s1=low;
        int e1=mid;
        int s2=mid+1;
        int e2=high;
        int[] tmpArr=new int[high-low+1];
        int k=0;//临时数组的下标
        //保证两个数组中都有元素
        while(s1<=e1 && s2<=e2){
            if(array[s1]<=array[s2]){
                tmpArr[k++]=array[s1++];
            }else{
                tmpArr[k++]=array[s2++];
            }
        }
        //若是一个数组排完序，将剩下的数组中的元素倒入tmpArr
        while (s1<=e1){
            tmpArr[k++]=array[s1++];
        }
        while (s2<=e2){
            tmpArr[k++]=array[s2++];
        }
        //将排好序的元素放回数组
        for(int i=0;i<tmpArr.length;i++){
            array[i+low]=tmpArr[i];
        }
    }

    /**
     * 归并排序的非递归实现
     * @param array
     */
    public void mergeSortNor(int[] array){
        int gap=1;
        while (gap<array.length){
            for(int i=0;i<array.length;i+=2*gap){
                int left=i;
                int mid=left+gap-1;
                //修正mid，防止越界
                if(mid>=array.length){
                    mid=array.length-1;
                }
                int right=mid+gap;
                //修正right，防止越界
                if(right>=array.length){
                    right=array.length-1;
                }
                merge(array,left,mid,right);
            }
            gap*=2;
        }
    }

    /**
     * 计数排序
     * 时间复杂度度：O(范围+N)
     * 空间复杂度：O(范围)
     * 计数排序与当前给定数据的范围有关
     *    range=maxValue-minValue+1;
     *    范围集中一点排序较好
     * @param array
     */
    public void countSort(int[] array){
        //找到最大值和最小值
        int minValue=array[0];
        int maxValue=array[0];
        for(int i=1;i<array.length;i++){
            if(minValue>array[i]){
                minValue=array[i];
            }
            if(maxValue<array[i]){
                maxValue=array[i];
            }
        }
        //开始计数
        int range=maxValue-minValue+1;
        int[] count=new int[range];
        for(int i=0;i<array.length;i++){
            count[array[i]-minValue]++;
        }
        //将排好序的数字放入数组
        int k=0;
        for(int i=0;i<count.length;i++){
            while (count[i]>0){
                array[k++]=i+minValue;
                count[i]--;
            }
        }
    }
}
